KR102357962B1 - cold field electron emitter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 텅스텐(100) 결정면의 일함수를 낮추어 냉음극(cold field emitter:CFE) 방식을 구현한 고휘도 냉전계 전자원에 관한 것으로, 본 발명의 냉전계 전자원은 냉전계 전자원에서 텅스텐 탐침을 플래싱한 뒤 (100)면에서 일함수가 낮아지도록 하여 고휘도 전자빔을 방출하거나, 쇼트키 에미터에 사용되는 지르코니아(ZrO2) 등 확산보급원으로 둘러싼 텅스텐 탐침 연결 필라멘트 확산온도를 1400K 이하로 낮추면서도 (100)면으로 산화막을 확산하여, 역시 고휘도 전자빔을 방출하는 고효율 냉전계 전자원 특성을 나타낸다.The present invention relates to a high-brightness cold field electron source implementing a cold field emitter (CFE) method by lowering the work function of a tungsten (100) crystal plane, and the cold field electron source of the present invention is a tungsten probe in a cold field electron source. After flashing, the work function is lowered on the (100) plane to emit a high-brightness electron beam, or a tungsten probe connected filament surrounded by a diffusion source such as zirconia (ZrO2) used in a Schottky emitter while lowering the diffusion temperature to 1400K or less. By diffusing an oxide film on the (100) plane, it also exhibits a high-efficiency cold-field electron source that emits a high-brightness electron beam.
Description
본 발명은 전자현미경용 전자빔을 방출하는 전자원에 관한 것으로, 특히 상세하게는 텅스텐(100) 결정면의 일함수를 낮추어 냉음극(cold field emitter:CFE) 방식을 구현한 고휘도 냉전계 전자원에 관한 것이다. The present invention relates to an electron source emitting an electron beam for an electron microscope, and more particularly, to a high-brightness cold field electron source implementing a cold field emitter (CFE) method by lowering the work function of a tungsten (100) crystal plane. will be.
전자현미경의 전자원에는 열전자원(열음극), 열전계 전자원(쇼트키 에미터: Schottky emitter), 냉전계 전자원(냉음극, cold field electron emitter:CFE)이 있다. 고온의 금속에서 열로 여기된 전자인 열전자는 금속 표면이 포텐셜 장벽인 일함수를 넘어 금속 밖으로 방출되며 이를 열전자라고 한다. 열전자원은 휘도가 낮고, 광원의 크기가 크며 에너지 폭이 넓어서 공간분해능은 상대적으로 좋지 않지만 초고진공이 아닌 상태에서도 안정적으로 전자원을 방출할 수 있다. Electron sources of an electron microscope include a hot electron source (hot cathode), a thermoelectric electron source (Schottky emitter), and a cold field electron source (cold field electron emitter: CFE). Hot electrons, which are electrons excited by heat in a high-temperature metal, are emitted out of the metal beyond the work function that is a potential barrier on the metal surface, and are called hot electrons. The thermal electron source has low luminance, a large size of the light source, and a wide energy width, so spatial resolution is relatively poor, but the electron source can be stably emitted even in a non-ultra-high vacuum.
대한민국 등록특허 제 10-1603022호는 [전계 방출형 전자원]에 관한 것으로, 쇼트키 에미터인 전자원의 수명을 연장하기 위하여 확산보급원의 결함이나 깨짐이 없고 소량의 확산보급원을 증량하여 수명 연장이 가능한 전계방출형 전자원을 제공한다. 그러나 상기 기술은 2000K 또는 실용적인 가열온도인 1800K로 가열하다가 정지하여 실온으로 되돌릴 때 1400K에서 지르코니아가 단사정계로부터 정방정계로 편이하여 지르코니아 또는 텅스텐 탐침에 손상이 생기는 문제를 해결하기 어려운 문제가 있다. Republic of Korea Patent No. 10-1603022 relates to [Field Emission Electron Source], there is no defect or breakage of the diffusion source in order to extend the life of the electron source, which is a Schottky emitter, and by increasing a small amount of the diffusion source Provided is a field emission type electron source capable of extending the lifespan. However, the technique is difficult to solve the problem of damage to the zirconia or tungsten probe due to the shift of zirconia from monoclinic to tetragonal at 1400 K when it is stopped while heating to 2000 K or 1800 K, which is a practical heating temperature, and returned to room temperature.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 냉전계 전자원에서 텅스텐 탐침을 플래싱한 뒤 (100)면에서 일함수가 낮아지도록 하거나, 쇼트키 에미터에 사용되는 확산보급원으로 둘러싼 텅스텐 탐침 연결 필라멘트 확산온도를 1400K보다 낮추면서도 (100)면으로 산화막이 확산되도록 한 뒤, 냉전계 전자원 방식으로 전자를 방출하는 고휘도 전자원을 제공하고자 한다.The present invention is to solve the above problems. After flashing a tungsten probe in a cold electric field electron source, the work function is lowered on the (100) plane, or a tungsten probe surrounded by a diffusion source used in a Schottky emitter. An object of the present invention is to provide a high-brightness electron source that emits electrons in a cold-field electron source method after allowing the oxide film to diffuse to the (100) plane while lowering the diffusion temperature of the connecting filament to less than 1400K.
본 발명은, 상온에서 전자선을 방출하는 냉전계 전자원으로, 일 단부가 결정면 (100)인 뾰족한 부위로 형성된 단결정 텅스텐 탐침; 상기 탐침의 타 단부와 접합되거나 타 단부가 연장된 막대 형상 텅스텐 필라멘트; 상기 탐침을 2000K 이상 온도로 가열하기 위한 텅스텐 필라멘트 가열부; 상기 탐침의 온도를 2000K 이상으로 가열 후 상온으로 내리도록 제어하는 온도 제어부; 상기 탐침에 전원을 공급하는 전원부; 상기 탐침, 상기 필라멘트가 위치한 공간의 진공도를 5x10-8Pa 이하로 유지하는 진공부; 및 상기 진공도를 10-7Pa 이상 조건에서 1분 이상 유지하도록 질소(N2)기체를 공급하는 기체공급관을 포함하는, 냉전계 전자원을 제공한다. The present invention is a cold electric field electron source emitting electron beams at room temperature, one end of which is a single crystal tungsten probe formed of a pointed portion having a crystal plane (100); a rod-shaped tungsten filament bonded to the other end of the probe or extending the other end; a tungsten filament heating unit for heating the probe to a temperature of 2000K or higher; a temperature controller for controlling the temperature of the probe to be lowered to room temperature after heating to 2000K or higher; a power supply unit for supplying power to the probe; a vacuum unit for maintaining a vacuum degree of the probe and the space in which the filament is located at 5x10 -8 Pa or less; and a gas supply pipe for supplying nitrogen (N 2 ) gas so as to maintain the vacuum degree for at least 1 minute at a condition of 10 -7 Pa or more, providing a cold electric field electron source.
본 발명은 또한, 상기 기체공급관은, 조절밸브 제어부를 포함하고, 상기 조절밸브 제어부는 상기 진공부가 설정한 진공값에 따라 상기 조절밸브를 자동으로 개폐하는, 냉전계 전자원을 제공한다.The present invention also provides a cold electric electron source, wherein the gas supply pipe includes a control valve control unit, wherein the control valve control unit automatically opens and closes the control valve according to the vacuum value set by the vacuum unit.
본 발명은 또한, 상온에서 전자선을 방출하는 냉전계 전자원으로, 일 단부가 결정면 (100)인 뾰족한 부위로 형성된 단결정 텅스텐 탐침; 상기 탐침의 타 단부와 접합되거나 상기 타 단부가 연장된 막대 형상 텅스텐 필라멘트; 상기 텅스텐 필라멘트의 측면을 둘러싸고 미리 정한 두께 및 길이로 형성한 산화막 재질의 확산보급원 층; 상기 확산보급원을 1000K 이상 온도로 가열하기 위한 텅스텐 필라멘트 가열부; 상기 확산보급원을 1000K 이상 온도로 가열한 상태에서 텅스텐 탐침 (100)면으로부터 방출되는 전자빔을 검출하는 서프레서와 애노드; 상기 탐침, 상기 서프레서, 및 상기 애노드에 전압을 인가하는 전원부; 상기 확산보급원의 온도를 1000K 이상으로 가열 상태에서 전자빔 방출확인 후 상온으로 내리도록 제어하는 온도 제어부; 및 상기 탐침, 상기 필라멘트가 위치한 공간의 진공도를 10-7Pa 이하로 유지하는 진공부를 포함하는, 냉전계 전자원을 제공한다.The present invention also provides a cold electric field electron source emitting electron beams at room temperature, comprising: a single crystal tungsten probe formed with a pointed portion having one end of a crystal plane (100); a rod-shaped tungsten filament joined to the other end of the probe or extending from the other end; a diffusion source layer made of an oxide film surrounding the side surface of the tungsten filament and formed with a predetermined thickness and length; a tungsten filament heating unit for heating the diffusion source to a temperature of 1000K or higher; a suppressor and an anode for detecting the electron beam emitted from the surface of the
본 발명은 또한, 상기 확산보급원 층은, 지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)인, 냉전계 전자원을 제공한다.The present invention also provides a cold field electron source, wherein the diffusion source layer is zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ).
본 발명은 또한, 상기 막대 형상 텅스텐 필라멘트는 균일한 지름의 실린더형인, 냉전계 전자원을 제공한다.The present invention also provides a cold electric field electron source, wherein the rod-shaped tungsten filament is a cylindrical shape of a uniform diameter.
본 발명의 냉전계 전자원은 냉전계 전자원에서 텅스텐 탐침을 플래싱한 뒤 (100)면에서 일함수가 낮아지도록 하여 고휘도 전자빔을 방출하거나, 쇼트키 에미터에 사용되는 지르코니아(ZrO2) 등 확산보급원으로 둘러싼 텅스텐 탐침 연결 필라멘트 확산온도를 1400K 이하로 낮추면서도 (100)면으로 산화막을 확산하여, 역시 고휘도 전자빔을 방출하는 고효율 냉전계 전자원 특성을 나타낸다.The cold electric electron source of the present invention emits a high-brightness electron beam by flashing a tungsten probe in the cold electric electron source and lowers the work function on the (100) plane, or diffusion such as zirconia (ZrO 2 ) used in a Schottky emitter While lowering the diffusion temperature of the tungsten probe-connected filament surrounded by the supply source to 1400K or less, the oxide film is diffused to the (100) plane, which also exhibits the characteristics of a high-efficiency cold-field electron source emitting a high-brightness electron beam.
도 1은, 텅스텐이 냉음극 전자원(CFE)으로 사용될 때 전자빔이 (111)면과 (310)면에서만 방출되는 현상을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 텅스텐 (100)면이 지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)로 덮였을 때 전자빔을 방출하는 현상을 나타낸다. 이때 일 함수(work function)는 3eV보다 낮으며 전자빔은 0.3eV이하의 좁은 에너지 폭을 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)이 텅스텐 필라멘트를 감싸고 있는 형상을 나타낸다.1 shows a phenomenon in which an electron beam is emitted only from a (111) plane and a (310) plane when tungsten is used as a cold cathode electron source (CFE).
2 is an electron beam when the tungsten (100) surface is covered with zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) according to an embodiment of the present invention; represents the emission of At this time, the work function is lower than 3 eV, and the electron beam has a narrow energy width of 0.3 eV or less.
3 shows a shape in which zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) surrounds the tungsten filament according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings. Therefore, the configuration shown in the embodiments and drawings described in the present specification is only the most preferred embodiment of the present invention and does not represent all the technical spirit of the present invention, so at the time of the present application, various It should be understood that there may be equivalents and variations.
본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 도면을 중심으로 본 발명을 상세히 설명한다. In the drawings for explaining the embodiment of the present invention, those having the same function are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
표면 전계의 크기에 따라 일함수가 감소하는 쇼트키 영역에서 사용되므로 쇼트키 에미터(Schottky emitter)라고 불리는 열전계 전자원은, 방출표면의 일함수나 온도 또는 미세 형상이 변하면 방출 전류가 변화하므로 안정된 전류방출을 위해 10-7Pa 이하의 초고진공이 요구된다. 열전계 전자원은 텅스텐(W) 필라멘트의 끝 부분에 (100) 방위를 갖는 텅스텐 단결정 선을 용접하고 그 선 끝을 식각해 날카로운 탐침으로 만든다. 탐침과 연결된 필라멘트에는 ZrH2 또는 ZrO2를 부착하는데 10-5Pa 정도의 산소분압을 가진 진공에서 1800K로 가열하면 ZrO복합체를 형성하여 필라멘트를 타고 탐침으로 확산해 가서 탐침의 (100)면을 피복한다. 텅스텐의 일함수는 결정면에 따라 다르며 산화물로 코팅하면 감소되므로, ZrO복합체가 피복된 (100)면의 일함수는 2.08eV까지 내려간다. ZrO 복합체의 공급원인 ZrH2 또는 ZrO2는 확산 보급원이라고 한다. Since it is used in the Schottky region where the work function decreases according to the size of the surface electric field, a thermoelectric electron source called a Schottky emitter is used because the emission current changes when the work function, temperature, or microscopic shape of the emission surface changes. For stable current release, an ultra-high vacuum of 10 -7 Pa or less is required. The thermoelectric electron source welds a tungsten single crystal wire having a (100) orientation to the tip of a tungsten (W) filament and etches the tip of the wire to make a sharp probe. ZrH 2 or ZrO 2 is attached to the filament connected to the probe. When heated to 1800K in a vacuum with an oxygen partial pressure of about 10 -5 Pa, a ZrO complex is formed and spreads to the probe via the filament, covering the (100) side of the probe. do. Since the work function of tungsten depends on the crystal plane and is reduced by coating with oxide, the work function of the (100) plane coated with the ZrO composite is reduced to 2.08 eV. ZrH 2 or ZrO 2 as a source of the ZrO complex is referred to as a diffusion source.
도 1은, 텅스텐이 냉음극 전자원(CFE)로 사용될 때 전자빔이 (111)면과 (310)면에서만 방출되는 현상을 나타낸다. 도 1에서 밝게 빛나는 부위인 (111)면과 (310)면에서는 전자빔이 방출되지만 중심의 (110)부를 포함하여 주변에서 검고 작은 점으로 보이는 (100)면에서는 전자빔이 방출되지 않는 것을 나타낸다. 냉전계 전자원(냉음극, cold field electron emitter: CFE)은 상온에서 동작하며, 텅스텐 필라멘트 끝에 일함수가 낮은 결정면인 (310) 또는 (111) 축 방향을 갖는 텅스텐 단결정 선을 용접하고 그 끝을 식각하여 탐침화시킨 후 109V/m의 전계를 음전위로 가해준다. 냉전계 전자원의 안정적인 전자방출을 위해 10-8Pa대의 초고진공이 필요하며 10-9Pa 이하의 극고진공에서는 더욱 안정적으로 동작한다. 1 shows a phenomenon in which an electron beam is emitted only from a (111) plane and a (310) plane when tungsten is used as a cold cathode electron source (CFE). 1 shows that the electron beam is emitted from the (111) plane and (310) plane, which are brightly lit areas, but the electron beam is not emitted from the (100) plane, which is seen as a black and small dot in the periphery including the central (110) part. A cold field electron source (cold field electron emitter: CFE) operates at room temperature, and welds a tungsten single crystal wire having a (310) or (111) axial direction, which is a crystal plane with a low work function, to the tip of a tungsten filament and cut the end. After etching and probing, an electric field of 109V/m is applied as a negative potential. For stable electron emission from the cold field electron source, an ultra-high vacuum of 10 -8 Pa is required, and it operates more stably in an ultra-high vacuum of 10 -9 Pa or less.
냉전계 전자원 표면은 평소 대량의 가스 분자로 덮여 있고, 그 흡착 분자는 금속 표면상에서 항상 이동하며 그 부분의 일함수를 변동시킨다. 따라서 CFE 방출 전류의 변동폭은 보통 10% 이상으로 전자 현미경의 이미지에 영향을 미치는 경우가 많다. 이를 피하기 위해 냉전계 전자원은 가동 직전에 2000K 이상으로 몇 초간 가열하여 표면 가스 분자를 전부 탈리시키는, 플래싱(flashing)으로 표면을 세척한다.The surface of the cold field electron source is usually covered with a large amount of gas molecules, and the adsorbed molecules always move on the metal surface and change the work function of the part. Therefore, the fluctuation range of the CFE emission current is usually more than 10%, which often affects the image of the electron microscope. To avoid this, the cold-field electron source cleans the surface by flashing, which is heated to over 2000K for a few seconds immediately before operation to desorb all surface gas molecules.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른, 텅스텐 (100)면이 지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)로 덮였을 때 전자빔을 방출하는 현상을 나타낸다. 이때 일 함수(work function)는 3eV보다 낮으며 전자빔은 0.3eV이하의 좁은 에너지 폭을 갖는다. 도 2의 밝게 빛나는 부위는 도 1에서 어둡고 작은 점으로 보이던 (100)면으로, 일함수가 낮아져서 전자빔을 방출하는 (100)면의 변화를 확인할 수 있다. 2 is an electron beam when the tungsten (100) surface is covered with zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) according to an embodiment of the present invention; represents the emission of At this time, the work function is lower than 3 eV, and the electron beam has a narrow energy width of 0.3 eV or less. The brightly lit area in FIG. 2 is the (100) plane, which appears as a dark and small dot in FIG. 1, and it can be seen that the work function is lowered and the change in the (100) plane emitting the electron beam can be confirmed.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른, 지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)이 텅스텐 필라멘트를 감싸고 있는 형상을 나타낸다. 본 발명의 일 구현예에서 전자원(1)은, 상온에서 전자선을 방출하는 냉전계 전자원으로, 상기 냉전계 전자원은, 일 단부(100)가 결정면 (100)인 뾰족한 부위로 형성된 단결정 텅스텐 탐침(10); 상기 탐침(10)의 타 단부(200)와 접합되거나 상기 타 단부가 연장된 막대 형상 텅스텐 필라멘트(20); 상기 텅스텐 필라멘트(20)의 측면을 둘러싸고 미리 정한 두께 및 길이로 형성한 산화막 재질의 확산보급원(300) 층; 상기 확산보급원(300)을 1000K 이상 온도로 가열하기 위한 텅스텐 필라멘트 가열부(30); 상기 확산보급원을 1000K 이상 온도로 가열한 상태에서 텅스텐 탐침 (100)면으로부터 방출되는 전자빔을 검출하는 서프레서와 애노드(미도시); 상기 탐침, 상기 서프레서, 및 상기 애노드에 전압을 인가하는 전원부(미도시); 상기 확산보급원의 온도를 1000K 이상으로 가열 상태에서 전자빔 방출확인 후 상온으로 내리도록 제어하는 온도 제어부(미도시); 및 상기 탐침, 상기 필라멘트가 위치한 공간의 진공도를 10-7Pa 이하로 유지하는 진공부(미도시)를 포함한다. 3 shows a shape in which zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) surrounds the tungsten filament according to an embodiment of the present invention. In one embodiment of the present invention, the
본 발명의 일 구현예에서 상기 확산보급원 층은, 지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)로, 상기 확산보급원 층이 실린더 형상의 필라멘트를 둘러싸고 있을 때 진공도를 10-7Pa 이하로 유지하는 경우, 온도를 1000K 정도로만 올려도 (100)면에서 전자빔 방출을 얻을 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 확산보급원이 둘러싸고 있는 텅스텐 필라멘트는 균일한 지름의 실린더형이다. 실린더는 확산보급원을 표면에 균일하게 코팅하는데 유리할 수 있다. 본 발명의 냉전계 전자원은 쇼트키 에미터에 사용되는 지르코니아(ZrO2) 등 확산보급원으로 둘러싼 텅스텐 탐침 연결 필라멘트 확산온도를 종래의 1800K에서 1400K 이하로 낮추면서도 (100)면으로 산화막을 확산하여, 역시 고휘도 전자빔을 방출할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the diffusion source layer is zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ), wherein the diffusion source layer is a cylinder When the vacuum degree is maintained below 10 -7 Pa when surrounding the shaped filament, electron beam emission can be obtained from the (100) plane even if the temperature is raised to about 1000 K. In one embodiment of the present invention, the tungsten filament surrounding the diffusion source has a cylindrical shape with a uniform diameter. The cylinder may be advantageous for uniformly coating the diffusion source on the surface. The cold field electron source of the present invention diffuses the oxide film on the (100) plane while lowering the diffusion temperature of the filament connected to the tungsten probe surrounding the diffusion source such as zirconia (ZrO 2 ) used in the Schottky emitter from 1800K to 1400K or less in the prior art. Thus, it is also possible to emit a high-brightness electron beam.
본 발명의 일 구현예에서 상기 냉전계 전자원은 확산보급원을 추가하지 않고 소량의 질소 기체를 공급함으로써 전자빔 생성을 위한 낮은 일함수를 얻을 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 기체공급관은, 조절밸브 제어부를 포함하고, 상기 조절밸브 제어부는 상기 진공부가 설정한 진공값에 따라 상기 조절밸브를 자동으로 개폐할 수 있다. 본 발명의 냉전계 전자원은 냉전계 전자원에서 텅스텐 탐침을 플래싱한 뒤 (100)면에서 일함수가 낮아지도록 하여 고휘도 전자빔을 방출할 수 있는 고효율 냉전계 전자원 특성을 나타낸다.In one embodiment of the present invention, the cold electric field electron source can obtain a low work function for electron beam generation by supplying a small amount of nitrogen gas without adding a diffusion supply source. In one embodiment of the present invention, the gas supply pipe may include a control valve control unit, and the control valve control unit may automatically open and close the control valve according to a vacuum value set by the vacuum unit. The cold electric electron source of the present invention exhibits a high efficiency cold electric electron source capable of emitting a high-brightness electron beam by flashing a tungsten probe in the cold electric electron source and lowering the work function in the (100) plane.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The above description describes the technical idea of the present invention using one embodiment, and various modifications and variations are possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. . Accordingly, the embodiments described in the present invention are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
1. 전자원
10. 탐침
20. 텅스텐 필라멘트
30. 텅스텐 필라멘트 가열부
100. 뾰족한 부위로 형성된 탐침의 일 단부
200. 탐침의 타 단부
300. 확산보급원1. electron source
10. probe
20. Tungsten Filament
30. Tungsten filament heating element
100. One end of the probe formed into a pointed portion
200. The other end of the probe
300. Proliferation Source
Claims (5)
상기 냉전계 전자원은, 결정면 (100)인 단부가 전자를 방출하도록 뾰족한 부위로 형성되어 첨두에 위치하는 단결정 텅스텐 탐침;
상기 탐침의 타 단부와 접합되거나 타 단부가 연장된 막대 형상 텅스텐 필라멘트;
상기 탐침을 2000K 이상 온도로 가열하기 위한 텅스텐 필라멘트 가열부;
상기 탐침의 온도를 2000K 이상으로 가열 후 상온으로 내리도록 제어하는 온도 제어부;
상기 탐침에 전원을 공급하는 전원부;
상기 탐침, 상기 필라멘트가 위치한 공간의 진공도를 5x10-8Pa 이하로 유지하는 진공부; 및
상기 진공도를 10-7Pa 이상 조건에서 1분 이상 유지하도록 질소(N2)기체를 공급하는 기체공급관을 포함하고,
상기 기체공급관은, 조절밸브 제어부를 포함하고,
상기 조절밸브 제어부는 상기 진공부가 설정한 진공값에 따라 상기 조절밸브를 자동으로 개폐하는,
냉전계 전자원.
It is a cold field electron source that emits electron beams at room temperature.
The cold electric field electron source, a single crystal tungsten probe positioned at the tip is formed as a sharp part so that the end of the crystal plane 100 emits electrons;
a rod-shaped tungsten filament bonded to the other end of the probe or extending the other end;
a tungsten filament heating unit for heating the probe to a temperature of 2000K or higher;
a temperature controller for controlling the temperature of the probe to be lowered to room temperature after heating to 2000K or higher;
a power supply unit for supplying power to the probe;
a vacuum unit for maintaining a vacuum degree of the probe and the space in which the filament is located at 5x10 -8 Pa or less; and
A gas supply pipe for supplying nitrogen (N 2 ) gas so as to maintain the vacuum degree under the condition of 10 -7 Pa or more for 1 minute or more,
The gas supply pipe includes a control valve control unit,
The control valve control unit automatically opens and closes the control valve according to the vacuum value set by the vacuum unit,
Cold War electron source.
상기 냉전계 전자원은, 결정면 (100)인 단부가 전자를 방출하도록 뾰족한 부위로 형성되어 첨두에 위치하는 단결정 텅스텐 탐침;
상기 탐침의 타 단부와 접합되거나 상기 타 단부가 연장된 막대 형상 텅스텐 필라멘트;
상기 텅스텐 필라멘트의 측면을 둘러싸고 미리 정한 두께 및 길이로 형성한 산화막 재질의 확산보급원 층;
상기 확산보급원을 1000K 이상 온도로 가열하기 위한 텅스텐 필라멘트 가열부;
상기 확산보급원을 1000K 이상 온도로 가열한 상태에서 텅스텐 탐침 (100)면으로부터 방출되는 전자빔을 검출하는 서프레서와 애노드;
상기 탐침, 상기 서프레서, 및 상기 애노드에 전압을 인가하는 전원부;
상기 확산보급원의 온도를 1000K 이상으로 가열 상태에서 전자빔 방출확인 후 상온으로 내리도록 제어하는 온도 제어부; 및
상기 탐침, 상기 필라멘트가 위치한 공간의 진공도를 10-7Pa 이하로 유지하는 진공부를 포함하는,
냉전계 전자원.
It is a cold field electron source that emits electron beams at room temperature.
The cold electric field electron source, a single crystal tungsten probe positioned at the tip is formed as a sharp part so that the end of the crystal plane 100 emits electrons;
a rod-shaped tungsten filament joined to the other end of the probe or extending from the other end;
a diffusion source layer made of an oxide film surrounding the side surface of the tungsten filament and formed with a predetermined thickness and length;
a tungsten filament heating unit for heating the diffusion source to a temperature of 1000K or higher;
a suppressor and an anode for detecting the electron beam emitted from the surface of the tungsten probe 100 while the diffusion source is heated to a temperature of 1000K or higher;
a power supply for applying a voltage to the probe, the suppressor, and the anode;
a temperature controller for controlling the temperature of the diffusion source to be lowered to room temperature after confirming the emission of the electron beam in a heating state to 1000K or more; and
The probe, including a vacuum unit for maintaining the vacuum degree of the space in which the filament is located 10 -7 Pa or less,
Cold War electron source.
상기 확산보급원 층은,
지르코니아(ZrO2), 산화바륨(BaO), 산화세슘(CsO), 또는 이트륨옥사이드(Y2O3)인,
냉전계 전자원.
4. The method of claim 3,
The diffusion source layer,
Zirconia (ZrO 2 ), barium oxide (BaO), cesium oxide (CsO), or yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is,
Cold War electron source.
상기 막대 형상 텅스텐 필라멘트는 균일한 지름의 실린더형인,
냉전계 전자원.4. The method of claim 1 or 3,
The rod-shaped tungsten filament is a cylindrical shape of a uniform diameter,
Cold War electron source.
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| KR1020200032917A KR102357962B1 (en) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | cold field electron emitter |
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| KR1020200032917A KR102357962B1 (en) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | cold field electron emitter |
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| KR20210116848A KR20210116848A (en) | 2021-09-28 |
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| KR101448199B1 (en) * | 2013-07-30 | 2014-10-08 | 한국표준과학연구원 | Method for cleaning sharp tip under ultra-high vacuum |
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|---|---|---|---|---|
| JP5919049B2 (en) * | 2011-09-26 | 2016-05-18 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Field emission electron source |
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2020
- 2020-03-18 KR KR1020200032917A patent/KR102357962B1/en active IP Right Grant
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Non-Patent Citations (1)
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| 전자현미경의 전자원, 조복래, Vacuum Magazine 2015 06 June (2015.06.30. 공개)* |
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